Wzmacniacz operacyjny Wykonał Mateusz Lipski

Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, wzmacniacz różnicowy prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu.

Parametry wzmacniacza operacyjnego Różnicowe wzmocnienie napięciowe jest to stosunek zmiany napięcia wyjściowego do zmiany różnicowego napięcia wejściowego:

Parametry wzmacniacza operacyjnego cd. Wejściowe napięcie niezrównoważenia W idealnym wzmacniaczu operacyjnym jeżeli na obu wejściach jest napięcie równe 0, to na wyjściu też powinno być napięcie równe 0. Ale w rzeczywistych wzmacniaczach tak nie jest. Wejściowym napięciem odniesienia określa się napięcie między wejściami wzmacniacza, gdy na wyjściu panuje napięcie równe 0. Wzmocnienie sygnału współbieżnego Napięcie wyjściowe wzmacniacza może zależeć też od sumy napięć na wejściach wzmacniacza. Współczynnik wzmocnienia sygnału współbieżnego określa wzór:

Parametry wzmacniacza operacyjnego cd. Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego W miejsce wzmocnienie sygnału współbieżnego często podawany jest współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (ang. Common Mode Rejection Ratio, CMRR), który lepiej określa własności wzmacniacza. Określa go wzór: Współczynnik CMRR wyrażany jest zazwyczaj w decybelach. Wyjściowe napięcie niezrównoważenia Napięcie na wyjściu wzmacniacza, gdy na obu wejściach napięcie jest równe zero. Rezystancja wejściowa Określa się: Rezystancję sygnału różnicowego, określoną jako rezystancję między wejściami wzmacniacza przy podawaniu napięcia między wejścia. Rezystancję sygnału współbieżnego, określoną między jednym z wejść a masą. Rezystancja wyjściowa Określa się jako rezystancję wyjścia przy obu sygnałach wejściowych równych zero.

Parametry wzmacniacza operacyjnego cd. Współczynnik tłumienia wpływu zasilania Współczynnik tłumienia wpływu zasilania, określa się jako stosunek zmiany napięcia zasilania do wywoływanej przezeń zmiany napięcia wyjściowego. Współczynnik PSRR wyrażany jest zazwyczaj w decybelach. Zakres zmian napięcia wejściowego Zakres zmian napięcia na każdym z wejść względem masy, przy których wzmacniacz pracuje poprawnie. Maksymalne napięcie wyjściowe Jest to maksymalne napięcie jakie można uzyskać na wyjściu bez nasycenia wzmacniacza. Maksymalny prąd wyjściowy Jest to maksymalny prąd jaki może przepływać przez wyjście wzmacniacza przy jego prawidłowej pracy. Wejściowy prąd polaryzujący Minimalne natężenie prądu na wejściach wzmacniacza wymagane do jego prawidłowej pracy.

Parametry wzmacniacza operacyjnego cd. Szybkość zmian napięcia wyjściowego Pasmo przenoszenia wzmacniacza przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego. Szumy wzmacniacza Pobór mocy Częstotliwość graniczna Częstotliwość graniczna - jest to częstotliwość, przy której wzmocnienie wzmacniacza maleje do jedności. Częstotliwość graniczna zależy od pasma przenoszenia. Czas narastania odpowiedzi na skok jednostkowy Parametr jest zdefiniowany jako maksymalny czas zmiany na wyjściu wzmacniacza w układzie o wzmocnieniu równym 1 i dużym sygnale wejściowym. Pomiaru parametru dokonuje się w układzie wtórnika napięcia lub układzie odwracającym. Do wejścia wzmacniacza doprowadza się impulsy prostokątne o odpowiednio dużej amplitudzie i małym czasie narastania. Czas narastania, równy czasowi wzrostu napięcia w zakresie liniowym, określa się z oscylogramu przebiegu czasowego napięcia wyjściowego. Współczynnik cieplny wejściowego napięcia niezrównoważenia

Schemat zastępczy Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się nieskończenie wielką rezystancją wejściową Rwe i nieskończenie wielkim wzmocnieniem napięciowym Au - wzmocnieniu podlega napięcie różnicowe Uo = AuUd = Au(U + − U − ). W rzeczywistych układach rezystancja wejściowa jest bardzo duża, rzędu megaomów, natomiast wzmocnienie napięciowe rzędu stu-kilkudziesięciu decybeli .

poszerza zakres pracy liniowej, zmniejsza wrażliwość na zakłócenia, Sprzężenie zwrotne Ujemne sprzężenie zwrotne zmniejsza wzmocnienie, co jednak nie jest negatywnym zjawiskiem, a pożądanym, ponieważ: poszerza zakres pracy liniowej, zmniejsza wrażliwość na zakłócenia, poszerza pasmo przenoszenia, parametry wzmacniacza objętego pętlą sprzężenia zwrotnego zależą w zasadzie wyłącznie od elementów wchodzących w skład obwodów sprzężenia zwrotnego.

Właściwości idealnego wzmacniacza operacyjnego nieskończenie duży współczynnik wzmocnienia (w rzeczywistości kilkaset tysięcy) nieograniczone pasmo przenoszenia bardzo duża sprawność (nieskończenie duża impedancja wejściowa, bardzo mała impedancja wyjściowa) zależność sygnału wyjściowego od wejściowego jest całkowicie liniowa jeżeli sygnał wejściowy jest równy zero, to na wyjściu sygnał jest również równy zero

Wzmacniacz operacyjny w układzie odwracającym Wzmocnienie napięciowe: Ku= - R2/R1     Napięcie wyjściowe: Uwy=Uwe*Ku

Wzmacniacz operacyjny w układzie nieodwracającym   Wzmocnienie napięciowe: Ku= (R2+R1)/R1     Napięcie wyjściowe: Uwy=Uwe*Ku

Wzmacniacz różnicowy Wzmocnienie napięciowe: Ku= R2/R1     Napięcie wyjściowe: Uwy=(Uwe2 - Uwe1)*Ku

Wzmacniacz sumujący Wzmocnienie napięciowe: Ku= - R2/R1     Napięcie wyjściowe: Uwy=(Uwe2 + Uwe1)*Ku

Wzmacniacz całkujący (integrator) Napięcie wyjściowe:

Bibliografia: http://pl.wikipedia.org/wiki/Wzmacniacz_operacyjny, http://pl.wikibooks.org/wiki/Wzmacniacze_operacyjne, http://www.elportal.pl/ea/wzmoper.html, http://marcin-site.republika.pl/wzmo.html.